根據實際參與5G網路佈建的幾位業界工程經理指出,全球電信業者正競相啟動其首次5G服務,但現正開發中的底層升級功能還需要幾年的時間。

他們強調,這就像是跑一場馬拉松,而不是百米衝刺賽。目前,在毫米波(mmWave)頻段上部署服務的策略仍在制訂中,5G核心網路的規格和計劃尚未敲定,而銷售網路服務的商業模式也才剛剛開始探索。相較於以往的其他蜂巢式技術過渡,這項5G任務正以更快的步伐前進中。

例如,AT&T承諾根據今年6月底定的3GPP規範,年底前在美國12個城市的部份地區推出5G服務。事實上,該公司也如期地在本月18日開通了服務。從以往的技術過渡來看,電信業者從規格底定到打造現場網路大約需要18個月的時間。

協助制訂並監督營運商5G計劃的AT&T副總裁Gordon Mansfield說:「我告訴[管理團隊]今年底以前的每一天都可以開通服務。5G設備已經完成生產且即將進入市場——我們卻還沒有正常出貨的管道。」

Mansfield團隊的三名成員簡單介紹了他們在11月底所完成的工作進度,以及尚未成的任務。

AT&T無線系統測試總監David Orloff回憶起9月中一個炎熱的雨天,他帶領團隊在德州韋科(Waco, Tx)的房子屋頂上硬撐著完成第一個5G鏈路。

這位在AT&T工作長達22年的資深前輩說,「在滂沱大雨中,我們穿著雨衣帶著龐大的冷卻器,連續好幾天在屋頂上調整位置,最後終於成功進行第一次用戶封包協議(UDP)資料傳送。」

Chris Hristov記得一年多前的那一天,在移動中的小廂型車上,他第一次看到使用mmWave頻段的原型設備實現5G連接,一舉將測試速度提高到4Gbits/s。

Orloff說:「對於那些經歷過TDMA時代速度僅100Kbits/s的人來說,這確實是個了不起的成就。」

與AT&T的供應商共同制定蜂巢式發展藍圖的技術總監Todd Zeiler說:「我在1G末期時加入AT&T,還記得在1996年的亞特蘭大奧運會(Atlanta Olympics)推出了2G。」

「每個人都記得自己第一次在手機上看到LTE網路的時候——那真的很令人興奮。我們需要解釋的是目前在這條發展道路上的叉路。毫米波也會有類似的進展,而sub-6GHz則是改善延遲的更有效介面——但它並不是讓速度倍增。」他並補充說:「5G並非一蹴可幾,而是一個長期的演變過程。」

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今年11月,AT&T技術人員在德州達拉斯的一個屋頂上安裝5G設備(來源:AT&T)

保持與快速更新規格同步

愛立信(Ericsson)的一名工程師Bill Goodman說,打造新一代蜂巢式網路「是一場團隊運動。」他目前正與競爭的Verizon進行5G合作。

在電信業者實際投入現場之前,愛立信和其他公司聯手主導支援多個供應商鏈路和測試系統的幾座實驗室。12月初,愛立信位於德州普萊諾(Plano, Tx)的實驗室才剛展開5G載波聚合(CA)的現場測試。

測試實驗室至關重要,因為3GPP規格正快速演變中。Orloff說:「這是[供應商]協商和測試的連續過程,而我們正位於其中心點。」

例如,AT&T用於其首次服務的6月版規格,到了9月進行更新,3GPP並表示,大多數的業者將以此規格用於其首次商業服務。因此,AT&T計劃在2019年初將其於12月底上線的5G網路與裝置升級到3GPP的9月新版規格。

Mansfield說:「我們最近發現了一些從6月到9月規格的後向相容性問題。這是專為裝置和網路進行的軟體升級——裝置和網路同時進行。」

他補充說:「我們透過(OTA)成功地進行了無線更新。在不久之前,這項技術還讓我備感擔心,但現在[他們成功]的機會高達90%。」

Zeiler說:「你得在混沌不明中做出艱難的決定。是否要等待9月的標準更新,甚至推遲商業發佈?」

「較早學習有利有弊。」他補充說:「[使用]6月的規格…將會在擁擠的空間中面對更大的同行壓力,但我們將會學到更寶貴的東西。」

在這一標準持續更新的過程中,12月時又帶來了更多規格更新,預計規格的更新還將持續一段時間。

最初的5G規格都基於所謂的Option 3x,它使用LTE控制訊號。Option 2規格則是一項獨立式5G網路,將在稍後出現。Zeiler說,基於這些選項的系統可能會從2019年底或2020年初開始部署。

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主要的5G和LTE規範示例(來源:3GPP)

首次作業於28GHz及以上頻率

5G讓電信業者得以採用28GHz及以上的mmWave頻段,這對他們來說是一個全新階段,也帶來了一些巨大挑戰。這些頻段將提供寬頻的行動和固定無線接取服務,最終達到數千兆位元(multi-gigabit)的速率。

然而,天線和無線系統組合提供了快速資料速率,但覆蓋範圍有限。因此,電信業者必須大規模部署,引發了如何控制精確波束的技術問題,以及獲准將其置於路燈和建築物的商業問題。

Zeiler表示,該公司計劃在2019年進行軟體升級,提高波束成形能力,但這一技術預計要到2020年後才會發展成熟。他說:「我們目前正在部署高功率的mmWave系統,預計將在2019年底先推出一個較小的版本。」

Orloff說:「我們在小型蜂巢式論壇(Small Cell Forum)上推動市政當局制訂法規,讓小型蜂巢式基地台更易於部署。」

截至目前為止,美國約有三分之一的州都加入了這個組織。「我們預計今年會有另外三分之一的州加入,但我不確定我們到底走了多遠——我們只需要繼續努力。」

像Hristov這樣的RF工程師已經取得了初次佈署mmWave網路的經驗。這項工作並不容易,但至今在覆蓋率和資料速率上的表現一般都優於預期。

典型的蜂巢式波長約17英吋。相形之下,5G的mmWaves僅為三分之一英吋。Hristov說:「我們有20年關於sub-6GHz如何穿透並反射建築物的經驗。現在,mmWave是一個全新的領域,我們的知識也在不斷發展中。」

他補充說:「我們開始搭建天線並使其覆蓋3英哩半徑。現在,有時候你會發現訊號並不像預期地在那裡,所以你必須加以調整。」

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相較於以前的蜂巢式技術世代,5G網路的頻譜更廣泛(來源:Qualcomm)

mmWave頻段令人憂喜參半

電信業者不斷從現場中學習波束成形技術。Hristov說:「當您穿過覆蓋區域時,將由不同的光束提供服務,您必須了解光束之間的轉換。RF工程師必須非常精確地佈署……如果未能落在正確的光束上,將無法取得最佳性能。」

他並補充說:「這需要幾年的時間,才能達到以正確工具準確預測覆蓋和服務的程度。」好消息是,透過mmWaves,電信業者正取得比預期更快的資料速率與覆蓋範圍。

今年10月,Verizon在美國四個城市推出了5G mmWaves住宅服務,並計劃明年推出行動服務。Verizon首席網路工程專家兼無線網路負責人Nicki Palmer指出,固定無線接取服務「承諾達到300Mbits/s,但所體驗的速度通常更快得多——接近1-Gbits/s。」

她展示了一段視訊,顯示工程師在距離高達3,000英呎的現場測試中,達到了780Mbits/s到1.04Gbits/s的速率。

她說:「假設要將無線電安裝在一定的高度,目前大約可以達到六樓的28GHz,但事實上我們已接近19層了!這將改變了我們對於成本和部署方式的假設。」

一位分析師表示,他根據最新的現場測試結果更新了對mmWave服務的估計,但他仍然抱持懷疑態度。

Dell'Oro Group電信分析師Stefan Pongratz表示,「在固定無線接取服務佔據大部份由有線電視供應商主導的家庭/企業市場之前,仍有多項技術和業務障礙尚待克服。除了由於路徑障礙導致的傳播挑戰外,技術人員還需要安裝家庭閘道器——它將帶來巨大的成本和時間負擔。」

升級核心/邊緣網路

目前大部份的5G重點集中在無線接取網路。但明年年底,電信業者將開始升級其5G核心網路和傳輸網路。他們也開始將核心網路的元素分發到網路邊緣,以支援新的低延遲服務。

隨著mmWave網路被推向多multi-gigabit領域,Hristov說:「你必須重新思考傳輸網路如何運作與調整規模,以處理大量的資料和延遲。你不可能只用一個核心網路服務整個國家,而是必須將核心移近邊緣。」

在網路中央,電信業者將升級介面至新的乙太網路(Ethernet)和eCPRI標準。他說:「我們至今一直在使用10Gbit/s鏈路,以確保傳輸層不至於影響部署。」。

營運商已經在LTE中試驗了兩種將核心服務帶到網路邊緣的技術。

CUPS是控制/用戶面分離(Control/User Plane Separation;CUPS)的3GPP虛擬化標準,去年成為第14版(Release 14)的一部份。多接取邊緣運算(Multi-access Edge Computing;MEC)是讓用戶可在本地伺服器中託管其蜂巢式資料的ETSI標準,以實現更快響應或更佳安全性。

這些技術的目標在於開闢蜂巢式網路的新用途,例如託管視訊、定位服務、內容和資料快取的本地分析,以及擴增/虛擬實境(AR/VR)和物聯網等新興應用。

Zeiler說:「人們正在研究何時使用CUPS和MEC的問題。你使用哪一種(這有點像是Beta和VHS的錄影帶規格之爭)?你如何擴展和操作這些技術?」

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多接取邊緣運算(MEC)的標準架構(來源:ETSI)

營運商尋找5G新應用

電信業者並不知道multi-gigabit 5G網路的較低延遲能夠實現哪些新用途。

「這就是今年的重要問題。」Zeiler說:「每一家營運商都在試圖弄清楚首先會遇到什麼。我們認為新的收入和利潤主要將出現在企業領域。」

分析師表示,5G網路還需要一段時間才能提供新的低延遲,甚至在更長時間之後才會出現新應用。整體而言,Hristov說:「用戶將如何因應5G作出反應,還存在很大的變數。」

AT&T 和Verizon都展開各種合作以加速學習。Verizon邀請第三方公司加入在美國東岸開設的三座5G實驗室。預計明年也會在洛杉磯和舊金山成立實驗室,Palmer說:「每座實驗室都有不同的側重點。」

她說:「你不可能從3GPP標準中淘金。而是必須從一種想法開始,這就是5G實驗室如此重要之故。」

AT&T正與多家公司合作進行試驗,例如與三星(Samsung)的奧斯汀廠(Austin fab)合作使用5G進行製造,以及與新創公司Magic Leap合作將5G用於AR。AT&T並以5G相機協助福斯(Fox)電視台降低播放美國公開賽的成本。其他合作案例則將針對醫療保健和零售業。

在物聯網中的5G初步工作將會「為了成本折衷部份功能」,Mansfield指出,首批5G物聯網裝置將會「非常高階」。

5G網路的前幾年:緩步成長

業界分析師稱5G為慢速列車。ABI Research分析師Emanuel Kolta預測,2018年全球蜂巢式無線設備銷售額將達到346億美元,並將在2020年成長至356億美元。

他指出,「幾家行動服務供應商表達了他們的擔憂:5G收入的成長速度將遠低於4G。至少在開始商用化的前幾年,5G網路將分階段部署,而不是採取全國範圍的部署方式。」

對於傾向於緊縮資本支出的營運商來說,緩步成長也很平常。Pongratz表示,在未來五年,蜂巢式無線基礎設施設備的整體市場預計將以2%的複合年成長率(CAGR)成長。

他說:「最初,這一預測可能不會顯得過於令人興奮,但如果我們考慮到連續六年發佈負成長趨勢預測後,這算是我們看到市場開展的重大轉變。」

「雖然LTE正推動當今行動資本支出的最大份額,但營運商藉由投資光纖和升級基地台,同時也為5G網路做準備。整體而言,5G行動寬頻應用的發展速度顯然比許多人原先想像的更快。」

IHS Markit預計,到2022年,全球5G硬體支出將從早期採用者的低基數開始成長至190億美元。IHS Markit行動基礎設施和營運商分析師Stephane Teral表示,「由於去年減稅導致美國出現小幅飆升,但在全球其他地區的投資成長持平,因為沒有人準備為5G服務花太多錢,畢竟5G預計還不會太快帶來大量收入。」

在世界各地,5G的發展速度取決於各種不同因素,從頻譜的可用性到大型活動的民族自豪感。

韓國三家主要的電信公司在本月初正式推出服務,並將12月1日稱為‘5G Day’。據IHS Markit稱,他們已經部署了幾千個5G無線單元——其中一家業者已在首爾部署了4,000個。

市場觀察人士表示,中國準備在2019年進行大規模的5G試驗。中國聯通(China Unicom)表示將在6個城市中推出300多個5G無線網路。

日本則將在2019年世界盃橄欖球賽(Rugby World Cup)測試5G,期望能在2020年東京奧運會(Tokyo Olympics)上大放異彩,並計劃於2021年商業發佈,但預計要到2035年後才推出5G的全國性服務。而在英國,BT集團旗下EE公司將在2019年於16個城市啟動5G網路。

編譯:Susan Hong

(參考原文:5G Networks Under Construction,by Rick Merritt)